纹状体Neurabin相互作用组的蛋白质组学特征及其对运动行为的性别特异性影响

《ACS Chemical Neuroscience》：Proteomic Characterization of Striatal Neurabin Interactome and Its Sex Specific Impact on Motor Behavior

本研究首次系统揭示纹状体支架蛋白neurabin的相互作用网络，通过蛋白质组学发现其富集于谷氨酸能突触通路，并利用条件性基因敲除模型证明neurabin通过直接通路中型多棘神经元（dMSNs）特异性抑制雄性小鼠的运动技能学习，为理解基底神经节运动调控的性别差异提供了新机制。

　　

引言

基底神经节作为皮层下核团复合体，在运动学习、决策和奖赏处理中发挥关键作用。纹状体作为基底神经节的主要输入核团，通过中型多棘神经元（MSNs）整合来自多脑区的信息。MSNs分为直接通路（dMSNs）和间接通路（iMSNs）神经元，分别通过不同的投射路径调控运动输出。突触后致密区（PSD）的可逆蛋白质磷酸化是调节突触传递的重要机制，其中蛋白磷酸酶1（PP1）的底物特异性由其靶向蛋白决定。Neurabin与spinophilin作为PSD中富集的两种主要PP1靶向蛋白，虽具有高度同源性，但在调控突触可塑性方面表现出独特功能。此前研究已阐明spinophilin在纹状体运动行为中的重要作用，而neurabin的功能尚未系统解析。

方法

研究通过CRISPR/Cas9技术构建了全身性neurabin敲除（Nrb^-/-）及条件性敲除小鼠模型（Nrb^ΔdMSN和Nrb^ΔiMSN）。采用免疫共沉淀结合质谱分析技术，从野生型与敲除小鼠纹状体组织中鉴定neurabin相互作用蛋白。行为学测试包括加速旋转棒任务评估运动学习能力，以及苯丙胺致敏实验检测精神运动敏化。通过RNAscope技术验证细胞类型特异性敲除效率，Western blot分析蛋白表达变化。

结果

全身性Neurabin敲除小鼠的构建与验证

基因型和蛋白水平验证显示，neurabin敲除小鼠纹状体中neurabin蛋白完全缺失。与野生型相比，敲除小鼠在旷场实验中表现出中心区域停留时间增加，提示焦虑样行为减弱。体重分析发现雌性敲除小鼠在4周和8周龄时体重均显著低于野生型，而雄性仅在4周龄时出现差异。发育表达谱显示neurabin在纹状体中的表达随年龄增长而升高，于出生后31天及8周龄达到峰值。

特异性Neurabin相互作用蛋白的网络与功能

质谱分析鉴定出1005个neurabin相关蛋白，其中243个为特异性相互作用蛋白。基因本体富集分析显示这些蛋白显著富集于突触后组分、谷氨酸能突触、细胞骨架组织等通路。特别值得注意的是，69个蛋白与"谷氨酸能突触"术语相关，包括NMDA受体亚基（GRIN1、GRIN2A、GRIN2B）、支架蛋白（DLG1-4、SHANK1-3）及信号调控分子（PLCB1、PPP1CA/C）。这些发现提示neurabin在谷氨酸能突触结构和功能调控中起核心作用。

青年期全身性Neurabin敲除小鼠运动表现增强但苯丙胺敏化正常

行为学实验表明，8周龄neurabin敲除小鼠在加速旋转棒任务中的表现显著优于野生型对照，两组均表现出运动学习能力，但敲除组学习曲线始终位于上方。在苯丙胺敏化实验中，虽然药物处理组表现出典型的运动敏化现象，但基因型间无显著差异，表明neurabin缺失不影响精神运动敏化过程。

成年雄性而非雌性Neurabin敲除小鼠运动表现增强

在11-17周龄成年小鼠中，雄性neurabin敲除小鼠仍表现出增强的旋转棒性能，而雌性敲除小鼠与野生型相比无显著差异。蛋白表达分析显示，在8周龄后，纹状体neurabin表达水平不再受年龄或性别影响，提示行为差异并非源于表达量变化，而是功能调控的性别特异性。

细胞类型特异性Neurabin敲除小鼠的构建与验证

通过将neurabin flox小鼠与Drd1-Cre或Adora2a-Cre小鼠交配，成功获得dMSNs或iMSNs特异性敲除模型。RNAscope分析证实了neurabin mRNA在特定细胞类型中的选择性缺失，dMSN敲除模型中D1阳性细胞的neurabin信号减少约40%。

Neurabin缺失性别与细胞类型特异性增强运动表现

行为学分析显示，仅在雄性dMSN特异性敲除小鼠（Nrb^ΔdMSN）中观察到旋转棒性能增强，而iMSN敲除（Nrb^ΔiMSN）及雌性各基因型小鼠均未出现此现象。这一结果明确了neurabin通过dMSNs特异性调控雄性小鼠运动学习的细胞机制。

讨论

本研究首次系统描绘了纹状体neurabin相互作用组，发现其与谷氨酸能突触功能密切相关的蛋白网络。与同源蛋白spinophilin相比，neurabin表现出独特的生物学功能：虽然两者相互作用组有58%的重叠，但neurabin特异性与肌动蛋白细胞骨架相关蛋白结合。在行为层面，neurabin缺失增强运动学习而不影响药物敏化，与spinophilin的作用模式形成鲜明对比。这种功能差异可能源于两个蛋白结构域的不同（如spinophilin特有的GPCR结构域）及其在神经元内的空间分布差异。

值得注意的是，neurabin对运动学习的抑制作用表现出明显的性别二态性，且特异性由dMSNs介导。这一发现为理解基底神经节运动调控的性别差异提供了新视角。结合neurabin与LTP相关蛋白的相互作用，推测其可能通过调控dMSNs中谷氨酸受体 trafficking 和突触可塑性，从而影响运动学习过程。

结论与展望

本研究系统解析了neurabin在纹状体中的蛋白质相互作用网络，并揭示了其通过dMSNs特异性调控雄性小鼠运动学习的新功能。未来研究可进一步探讨运动学习过程中neurabin相互作用组的动态变化，及其对细胞类型特异性信号通路的调控机制。这些发现不仅深化了对PP1靶向蛋白功能特异性的理解，也为运动障碍疾病的性别差异化治疗提供了理论依据。